CN112224241B - 一种速度采集***、故障报警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种速度采集***、故障报警方法及装置，所述***包括：包括速度采集装置和多个速度传感器，其中：所述速度采集装置包括处理模块和供电模块，所述处理模块通过CAN总线与每个速度传感器相连，所述供电模块用于为所述处理模块和每个速度传感器供电；所述速度采集装置用于基于预设时间段内每个速度传感器采集的检测速度进行故障报警提示。所述方法应用于上述***。本发明实施例提供的速度采集***、故障报警方法及装置，提高了速度数据采集的可靠性。

Description

一种速度采集***、故障报警方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种速度采集***、故障报警方法及装置。

背景技术

在轨道交通领域，通常利用速度传感器实现对列车运行速度的采集，其中速度传感器多采用霍尔效应将列车速度信号转换为脉冲信号，速度采集装置在根据单位时间内采集的脉冲个数来获取列车运行速度。

现有技术中，速度传感器的输出物理量多为脉冲信号，通过脉冲信号的频率反映列车运行的速度，因此，速度传感器与速度采集装置之间至少需要两根电源线和一根信号线(信号地与电源地共地)。随着速度传感器数量的增加，将导致速度采集装置通道数量的增加，进而相应硬件通道和线缆数量就要增加。而且，速度传感器通过脉冲信号传递有效数据，电源纹波和屏蔽恶化会引起脉冲信号的扰动，不利于对脉冲信号的采集，影响数据传输的准确性。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种速度采集***、故障报警方法及装置，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本发明提出一种速度采集***，包括速度采集装置和多个速度传感器，其中：

所述速度采集装置包括处理模块和供电模块，所述处理模块通过CAN总线与每个速度传感器相连，所述供电模块用于为所述处理模块和每个速度传感器供电；

所述速度采集装置用于基于预设时间段内每个速度传感器采集的检测速度进行故障报警提示。

其中，每个速度传感器通过串行接口或者M12接口连接CAN总线。

其中，所述供电模块包括第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元为每个速度传感器供电，所述第二供电单元用于为所述处理模块供电。

其中，所述速度采集装置还包括故障存储模块，所述故障存储模块与所述处理模块相连。

其中，所述速度采集装置还包括复位模块，所述复位模块与所述处理模块相连。

第二方面，本发明提供一种采用上述任一实施例所述的速度采集***的故障报警方法，包括：

获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；

根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；

根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；

根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；

若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示。

第三方面，本发明提供一种故障报警装置，包括：

获取单元，用于获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；

第一获得单元，用于根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；

第二获得单元，用于根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；

第三获得单元，用于根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；

判断单元，用于在判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则之后，进行故障报警提示。

第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施例所述故障报警方法的步骤。

第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述故障报警方法的步骤。

本发明实施例提供的速度采集***、故障报警方法及装置，包括速度采集装置和多个速度传感器，速度采集装置包括处理模块和供电模块，处理模块通过CAN总线与每个速度传感器相连，供电模块用于为处理模块和每个速度传感器供电，速度采集装置用于基于预设时间段内每个速度传感器采集的检测速度进行故障报警提示，提高了速度数据采集的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的速度采集***的结构示意图。

图2是本发明另一实施例提供的速度采集***的结构示意图。

图3是本发明又一实施例提供的速度采集***的结构示意图。

图4是本发明再一实施例提供的速度采集***的结构示意图。

图5是本发明一实施例提供的故障报警方法的流程示意图。

图6是本发明一实施例提供的速度传感器的故障诊断原理图。

图7是本发明另一实施例提供的故障报警方法的流程示意图。

图8是本发明一实施例提供的故障报警装置的结构示意图。

图9是本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

为了便于理解本申请提供的技术方案，下面先对本申请技术方案的研究背景进行简单说明。为保证轨道交通车辆运营安全，多种类型传感器在车辆中应用广泛，实现对车辆速度、温度、速度及各种过程变量的监控。随着大规模集成电路和电子信息技术的发展，基于总线式的数字传感器成为技术增长点，其通过总线挂载传感器设备，不会因为传感器数量的增加而增加线缆和采集设备，便于嵌入式***的集成化、小型化和轻量化。与此同时，对嵌入式产品的生产制造成本、现场安装和售后维护提供便利。常用的总线式传感器产品所采用的总线多为IIC、CAN、RS232和RS485，其中IIC和RS232传输距离较短，RS485和CAN总线能够适用于复杂工况环境，CAN总线通信距离可达10km，且基于CAN(Controller AreaNetwork)总线的诊断、测量、标定及应用层协议较为成熟，其中CANOpen协议是基于CAN物理层的应用层协议，广泛应用于伺服控制、传感器和I/O模块单元的标准通讯协议中。

图1是本发明一实施例提供的速度采集***的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的速度采集***包括速度采集装置1和多个速度传感器2，其中：

速度采集装置1包括处理模块11和供电模块12，处理模块11通过CAN总线与每个速度传感器2相连，供电模块12用于为处理模块11和每个速度传感器2供电；

速度采集装置1用于基于预设时间段内每个速度传感器采集的检测速度进行故障报警提示。其中，所述预设时间段根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。

具体地，速度传感器2检测被测对象的速度，获得检测速度，然后将所述检测速度上传给速度采集装置1。速度采集装置1的处理模块11可以获得预设时间段内速度传感器2采集的每个检测速度，并获取被测对象的目标速度作为检测速度对应的目标速度。处理模块11可以根据每个检测速度对应的目标速度以及速度传感器2的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度，速度传感器2的理想速度检测模型是预设的。处理模块11计算每个检测速度对应的理想速度与每个检测速度之差，获得每个检测速度对应的残差。处理模块11将每个检测速度对应的残差输入到残差处理模型中，可以输出每个残差对应的虚拟故障值。处理模块11会判断所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值是否满足故障规则，如果满足故障规则，那么就进行故障报警提示。其中，所述残差处理模型是预先获得的。所述故障规则是预设的。供电模块12通过电源线为每个速度传感器2供电，供电模块12还为处理模块11供电。其中，处理模块11可以采用微处理器。其中，所述被测对象例如为车轮。

本发明实施例提供的速度采集***，包括速度采集装置和多个速度传感器，速度采集装置包括处理模块和供电模块，处理模块通过CAN总线与每个速度传感器相连，供电模块用于为处理模块和每个速度传感器供电，速度采集装置用于基于预设时间段内每个速度传感器采集的检测速度进行故障报警提示，提高了速度数据采集的可靠性。此外，通过CAN总线使速度传感器便于组网，在不增加硬件采集通道的前提下，实现速度数据的采集，降低了数据采集成本。

在上述各实施例的基础上，进一步地，每个速度传感器通过串行接口或者M12接口连接CAN总线。

在上述各实施例的基础上，进一步地，供电模块12包括第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元为每个速度传感器2供电，所述第二供电单元用于为处理模块11供电。所述第一供电单元可以为速度传感器提供15V电压，所述第二供电单元可以为处理模块11提供3.3V电压。

图2是本发明另一实施例提供的速度采集***的流程示意图，如图2所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，速度采集装置1还包括故障存储模块13，故障存储模块13与处理模块11相连。

具体地，处理模块11可以监测供电模块12对速度传感器2的供电电压，当供电电压超过电压阈值时，停止供电模块12对速度传感器2的供电，以防止电压过高损坏速度传感器2。当供电电压超过电压阈值时，判定供电模块12故障，可以将供电模块12的故障信息存储到故障存储模块13。

图3是本发明又一实施例提供的速度采集***的结构示意图，如图3所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，速度采集装置1还包括复位模块14，复位模块14与处理模块11相连。

具体地，复位模块14可以监测处理模块11的工作状态，当处理模块11的工作状态异常时，复位模块14可以自动对处理模块11进行复位。其中，复位模块14可以采用看门狗。

图4是本发明再一实施例提供的速度采集***的结构示意图，如图4所示，本发明实施例提供的速度采集***包括速度采集装置41和多个速度传感器42，其中：

速度采集装置41包括处理模块411、供电模块412、故障存储模块413、复位模块414和调试接口415，供电模块412包括第一供电单元4121、第二供电单元4122和第三供电单元4123。

第一供电单元4121可以将背板总线提供的电源电压转换为15V电压，通过前面板连接器供给各个速度传感器42，第二供电单元4122可以将背板总线提供的电源电压转换为3.3V电压，供给处理模块411，第三供电单元4123可以将背板总线提供的电源电压转换为5V电压，供给CAN总线芯片43。

处理模块411分别与故障存储模块413、复位模块414、调试接口415和总线芯片43相连。处理模块411可以监控第一供电单元4121的电压，将第一供电单元4121的故障信息存储到故障存储模块413；复位模块414用于对处理模块411进行复位；调试接口415可以与外部计算机相连，实现对速度采集装置41的程序调试；处理模块411与CAN总线之间的数据传输需要经过总线芯片43，总线芯片43起到隔离的作用。处理模块411可以通过CAN总线与背板总线相连，基于预设时间段内每个速度传感器采集的检测速度进行故障报警提示，处理模块411与背板总线之间可以设置两条CAN总线，其中一条作为备用，故障报警提示信息可以通过与背板总线相连的CAN总线上传。

前面板连接器上设置串行接口和/或M12接口，每个速度传感器42通过串行接口或者M12接口连接CAN总线和电源线。

本发明实施例提供的速度采集***，速度采集装置1具有CAN总线通讯接口，CAN总线通讯接口符合标准CAN总线物理层定义。CAN总线通讯接口能够与不同节点的速度传感器进行物理连接。速度采集装置1能够给每个速度传感器2提供电源，用以驱动每个速度传感器2正常工作。速度采集装置1采用基于CANOpen的标准应用层协议，能够实现对每个速度传感器相关属性(节点ID、传动速率及采样周期等)的配置和有效数据的传输。速度采集装置1可以通过服务数据对象(Service Data Object，简称SDO)实现对每个速度传感器相关属性(节点ID、传动速率及采样周期等)进行配置。速度采集装置1可以通过过程数据对象(Process Data Object，简称PDO实现对每个速度传感器的有效速度数据的传输。

基于CANOpen协议可利用一路CAN总线通道实现多节点速度传感器的组网和数据采集，为了有效辨识不同传感器的节点号，需要通过SDO分别对组网传感器的节点ID进行配置，保证每个节点的速度传感器的独立性和唯一性。不同节点ID的速度传感器在CAN网络中组网并实现数据交互，需要配置相同的传输速率(例如250Kbps、500Kbps、1Mbps等)，在此基础上可根据用户需要进行采样周期的配置，以保证不同速度传感器在规定采样周期内上传本节点速度传感器的有效数据。

图5是本发明一实施例提供的故障报警方法的流程示意图，如图5所示，本发明实施例提供一种采用上述任一实施例所述的速度采集***的故障报警方法，包括：

S501、获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；

具体地，速度传感器检测被测对象的速度，获得检测速度，然后将所述检测速度上传给速度采集装置。所述速度采集装置可以获取预设时间段内所述速度传感器采集的每个检测速度。其中，所述预设时间段根据实际需要进行设置，例如设置为5s，本发明实施例不做限定。

S502、根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；

具体地，所述速度传感器在检测所述被测对象的速度时，所述被测对象具有目标速度，所述速度采集装置会将获取的每个检测速度与所述被测对象的目标速度对应，获得每个检测速度对应的目标速度。所述速度采集装置将每个检测速度对应的目标速度输入到所述速度传感器的理想速度检测模型中，可以输出每个检测速度对应的理想速度。其中，所述速度传感器的理想速度检测模型是预设的，所述速度传感器的理想速度检测模型的初始化参数可以通过对所述速度传感器进行试验获得，所述理想速度检测模型用于获得速度传感器在理想状态下能够检测出的速度。所述目标速度是被测对象需要调整到的速度。

S503、根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；

具体地，所述速度采集装置在获得每个检测速度对应的理想速度之后，用每个检测速度对应的理想速度减去每个检测速度，可以获得每个检测速度对应的残差。理想状态下，检测速度与理想速度相等，但是所述速度传感器在实际使用过程中，由于使用环境、器件老化等原因，检测速度会偏离理想速度，导致残差的产生。

S504、根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；

具体地，对于每个检测速度对应的残差，所述速度采集装置将检测速度对应的残差输入到残差处理模型中，经过所述残差处理模型的处理，可以输出所述残差对应的虚拟故障值。其中，所述残差处理模型是预设的。

S505、若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示。

具体地，所述速度采集装置在获得所述预设时间段内每个残差对应的虚拟故障值之后，会判断所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值是否满足故障规则，如果满足故障规则，那么进行故障报警提示。其中，所述故障规则根据实际经验进行设置，本发明实施例不做限定。

本发明实施例提供的故障报警方法，能够获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度，根据每个检测速度对应的目标速度以及速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度，根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差，根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值，在判断获知预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则之后，进行故障报警提示，能够识别速度传感器故障，提高速度数据采集的可靠性。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述残差处理模型包括：

其中，

表示t时刻第k次迭代的虚拟故障值，

是预设的，r₁(t)表示t时刻的残差，L表示增益矩阵，·表示微分运算符，k为正整数且k小于等于预设值。

具体地，每个检测速度对应一个检测时间，表示为时刻t，那么检测速度对应的残差即t时刻的残差。所述速度采集装置在获得t时刻的残差r₁(t)之后，将r₁(t)带入到公式

和

中进行迭代运算，即先计算

再计算

接着计算

以此类推，直到k等于预设值n，停止迭代计算，获得的

即为虚拟故障值，与t时刻的检测速度对应的残差对应。其中，增益矩阵L是预先获得的，为常数。所述预设值根据实际经验进行设置，本发明实施例不做限定。

图6是本发明一实施例提供的速度传感器的故障诊断原理图，如图6所示，为了保证速度传感器数据采集和传输的稳定性和可靠性，基于图6所示的故障诊断原理实现对速度传感器的实时故障诊断。实际检测模型对目标速度的检测即速度传感器利用霍尔原理采集速度信号，实现速度数据的输出过程，可以获得检测速度。建立速度传感器的理想速度检测模型，输入目标速度，可以输出检测速度对应的理想速度。检测速度对应的理想速度减去检测速度，获得残差，将残差输入到残差处理模型中，输出每个残差对应的虚拟故障值。将预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值输入到故障决策模型中，可以输出故障判断结果，故障决策模型包括故障规则。通过故障判断结果可以判断速度传感器是否出现故障，还可以进一步提示出现何种故障。其中，速度传感器的理想速度检测模型的初始参数，是根据速度传感器的试验数据获得的。

根据霍尔式速度传感器工作原理可知，其输入信号为测速齿盘齿顶和齿根引起的磁力线变化，输出信号为方波脉冲。由此可见霍尔式速度传感器可简化为线性时不变***，因此针对线性时不变***，描述其对图6中的残差处理过程如下，考虑含有故障的线性时不变***有：

y(t)＝Cx(t) (2)

其中，x(t)表示***的状态向量，u(t)表示***的控制输入向量，对应目标速度，f(t)表示待诊断的实际故障信号，y(t)表示***的输出向量，对应理想速度，A、B、C和B_f分别为相应维数的与***相关的已知参数矩阵。

定义残差信号r(t)为***输出向量y(t)与***输出估计向量

的差值，表示如下：

为了利用***输入输出信息准确估计故障信号，针对(1)式和(2)式的***设计如下形式的故障***：

其中，Γ为故障***的增益矩阵，L为迭代学习过程中的增益矩阵，L和Γ是行数与列数维度相同的对称矩阵，k表示迭代次数，为使迭代计算过程尽快明确虚拟故障的定量描述，需寻找合理的增益矩阵使迭代学习过程达到最优收敛效果，得到残差处理模型最终的使用的增益矩阵L。为此，构建目标函数如下：

J[L(t)]＝r(t)^Tλr(t) (8)

其中，λ为自定义非零正整数，根据数值分析理论可知(8)式为凸函数，在迭代计算过程中可将L和Γ初始化为单位矩阵并定义整定矩阵Q，根据牛顿迭代计算有：

其中，

其中，

表示梯度运算，l₁l₂...l_n表示矩阵L中的元素，τ_k是相互共轭且线性无关的向量，此向量可在初始化阶段设定，在迭代计算过程中由如下公式确定：

由于τ_k为方程求解过程中的初始化向量，在迭代中，需根据***输出的残差信号确定，即在工程应用中可根据处理器运算能力和计算精度要求确定。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述故障规则包括至少一个故障条件，所述故障条件为：

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值都等于0；或者

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值等于0，且除了等于0的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在预设范围内；或者

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值不在所述预设范围内，且除了不在所述预设范围内的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在所述预设范围内。

具体地，所述故障规则包括至少一个故障条件，所述故障条件可以为所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值都等于0，所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值等于0，且除了等于0的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在预设范围内，或者所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值不在所述预设范围内，且除了不在所述预设范围内的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在所述预设范围内。

所述速度采集装置在判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足所述故障规则中的任何一个故障条件之后，可以判断出所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足所述故障规则，可以进行故障报警提示。其中，所述预设范围根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。

例如，所述故障规则包括三个故障条件，故障条件1、故障条件2和故障条件3，故障条件1为：所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值都等于0；故障条件2为：所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值等于0，且除了等于0的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在预设范围内；故障条件3为：所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值不在所述预设范围内，且除了不在所述预设范围内的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值都在所述预设范围内。

所述速度采集装置在获得所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值之后，对每个虚拟故障值进行是否为0，以及是否在预设范围内的判断。如果判断出所有的虚拟故障值都为0，那么所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障条件1，可以进行故障报警提示。如果判断出各个虚拟故障值存在至少一个虚拟故障值等于0，且除了等于0的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在预设范围内，那么所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障条件2，可以进行故障报警提示。如果判断出各个虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值不在所述预设范围内，且除了不在所述预设范围内的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值都在所述预设范围内，那么所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障条件1，可以进行故障报警提示。

图7是本发明另一实施例提供的故障报警方法的流程示意图，如图7所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，所述若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示包括：

S5051、获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足的故障条件，获得所述故障条件对应的故障原因；其中，所述故障条件对应的故障原因是预设的；

具体地，可以为每个故障条件预设对应的故障原因，所述速度采集装置在判断出所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障条件之后，根据所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足的故障条件，查询获得所述故障条件对应的故障原因。

S5052、在进行故障报警提示的同时输出所述故障条件对应的故障原因。

具体地，所述速度采集装置在获得所述故障条件对应的故障原因之后，在进行故障报警提示的同时，可以输出故障条件对应的故障原因，以便于工作人员进行故障排查。

例如，表1为故障条件与故障原因对照表，所述速度采集装置可以根据故障规则包括的故障条件查询获得对应的故障原因，然后将故障原因与故障报警提示一同输出。工作人员可以根据故障原因从表1中获得故障原因分析，以便于进行故障排查。

表1故障条件与故障原因对照表

本发明实施例提供的速度采集方法，在不增加速度采集通道硬件和线缆的前提下，实现基于CAN物理层的速度传感器多节点设备组网与挂载。利用CANOpen标准应用层协议的SDO配置不同节点传感器的属性信息，如节点ID、传动速率及采样周期等；利用CANOpen标准应用层协议的PDO实现传感器本体有效数据的传送，即通过CAN总线物理层实现速度传感器多节点组网，通过CANOpen应用层协议实现对各节点速度传感器的配置和报文收发。

本发明实施例提供的速度采集***及速度采集方法，与现有技术相比，具有如下优点：

首先，采用数字式传输介质，传统速度传感器采用电压型/电流型模拟量输出信号，CAN总线的传输距离长，传输过程中抗干扰能力强。

其次，在多节点速度传感器采集过程中优势明显，其便于组网，可以在不增加硬件采集通道和线缆的前提下，实现多节点速度传感器的数据采集工作。

最后，在一定程度上节省成本，且减少安装体积和重量，便于产品的故障排查、维护和检修。

图8是本发明一实施例提供的故障报警装置的结构示意图，如图8所示，本发明实施例提供的故障报警装置包括获取单元801、第一获得单元802、第二获得单元803、第三获得单元804和判断单元805，其中：

获取单元801用于获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；第一获得单元802用于根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；第二获得单元803用于根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；第三获得单元804用于根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；判断单元805用于在判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则之后，进行故障报警提示。

具体地，速度传感器检测被测对象的速度，获得检测速度，然后将所述检测速度上传给获取单元801。获取单元801可以获取预设时间段内所述速度传感器采集的每个检测速度。其中，所述预设时间段根据实际需要进行设置，例如设置为5s，本发明实施例不做限定。

在检测所述被测对象的速度时，所述被测对象具有目标速度，所述速度采集装置会将获取的每个检测速度与所述被测对象的目标速度对应，获得每个检测速度对应的目标速度。第一获得单元802将每个检测速度对应的目标速度输入到所述速度传感器的理想速度检测模型中，可以输出每个检测速度对应的理想速度。其中，所述速度传感器的理想速度检测模型是预设的，所述速度传感器的理想速度检测模型的初始化参数可以通过对所述速度传感器进行试验获得，所述理想速度检测模型用于获得速度传感器在理想状态下能够检测出的速度。所述目标速度是被测对象需要调整到的速度。

在获得每个检测速度对应的理想速度之后，第二获得单元803用每个检测速度对应的理想速度减去每个检测速度，可以获得每个检测速度对应的残差。理想状态下，检测速度与理想速度相等，但是所述速度传感器在实际使用过程中，由于使用环境、器件老化等原因，检测速度会偏离理想速度，导致残差的产生。

对于每个检测速度对应的残差，第三获得单元804将检测速度对应的残差输入到残差处理模型中，经过所述残差处理模型的处理，可以输出所述残差对应的虚拟故障值。其中，所述残差处理模型是预设的。

在获得所述预设时间段内每个残差对应的虚拟故障值之后，判断单元805会判断所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值是否满足故障规则，如果满足故障规则，那么进行故障报警提示。其中，所述故障规则根据实际经验进行设置，本发明实施例不做限定。

本发明实施例提供的故障报警装置，能够获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度，根据每个检测速度对应的目标速度以及速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度，根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差，根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值，在判断获知预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则之后，进行故障报警提示，能够识别速度传感器故障，提高速度数据采集的可靠性。

本发明实施例提供的装置的实施例具体可以用于执行上述各方法实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。

图9是本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)901、通信接口(Communications Interface)902、存储器(memory)903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信。处理器901可以调用存储器903中的逻辑指令，以执行如下方法：获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示。

此外，上述的存储器903中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示。

本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种速度采集***，其特征在于，包括速度采集装置和多个速度传感器，其中：

所述速度采集装置包括处理模块和供电模块，所述处理模块通过CAN总线与每个速度传感器相连，所述供电模块用于为所述处理模块和每个速度传感器供电；

所述速度采集装置用于获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示；

其中，所述故障规则包括至少一个故障条件，所述故障条件为：

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值都等于0；或者

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值等于0，且除了等于0的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在预设范围内；或者

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值不在所述预设范围内，且除了不在所述预设范围内的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值都在所述预设范围内。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，每个速度传感器通过串行接口或者M12接口连接CAN总线。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述供电模块包括第一供电单元和第二供电单元，所述第一供电单元为每个速度传感器供电，所述第二供电单元用于为所述处理模块供电。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述速度采集装置还包括故障存储模块，所述故障存储模块与所述处理模块相连。

5.根据权利要求1至4任一项所述的***，其特征在于，所述速度采集装置还包括复位模块，所述复位模块与所述处理模块相连。

6.一种采用如权利要求1至5任一项所述的速度采集***的故障报警方法，其特征在于，包括：

获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；

根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；

根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；

根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；

若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示；

其中，所述故障规则包括至少一个故障条件，所述故障条件为：

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值都等于0；或者

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值等于0，且除了等于0的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在预设范围内；或者

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值不在所述预设范围内，且除了不在所述预设范围内的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值都在所述预设范围内。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述残差处理模型包括：

其中，

表示t时刻第k次迭代的虚拟故障值，r_k+1(t)表示t时刻第k次迭代的残差，

是预设的，r₁(t)表示t时刻的残差，L表示增益矩阵，·表示微分运算符，k为正整数且k小于等于预设值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述若判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则，则进行故障报警提示包括：

根据所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足的故障条件，获得所述故障条件对应的故障原因；其中，所述故障条件对应的故障原因是预设的；

在进行故障报警提示的同时输出所述故障条件对应的故障原因。

9.一种故障报警装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取预设时间段内速度传感器采集的每个检测速度；

第一获得单元，用于根据每个检测速度对应的目标速度以及所述速度传感器的理想速度检测模型，获得每个检测速度对应的理想速度；

第二获得单元，用于根据每个检测速度和每个检测速度对应的理想速度，获得每个检测速度对应的残差；

第三获得单元，用于根据每个检测速度对应的残差以及残差处理模型，获得每个残差对应的虚拟故障值；其中，所述残差处理模型是预设的；

判断单元，用于在判断获知所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值满足故障规则之后，进行故障报警提示；

其中，所述故障规则包括至少一个故障条件，所述故障条件为：

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值都等于0；或者

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值等于0，且除了等于0的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值在预设范围内；或者

所述预设时间段内的各个残差对应的虚拟故障值中存在至少一个虚拟故障值不在所述预设范围内，且除了不在所述预设范围内的虚拟故障值以外的每个虚拟故障值都在所述预设范围内。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6至8任一项所述方法的步骤。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6至8任一项所述方法的步骤。

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